JP5690298B2 - 真空制御ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、電空レギュレータと、エジェクタと、圧力センサを有する真空制御ユニットに関する。
従来から真空制御ユニットは、吐出ノズルから吐出される液の量を調整するためにインクジェット装置に用いられてきた。従来から使用される真空制御ユニットとして、特許文献1に記載される真空制御ユニット100が存在する。図10に真空制御ユニット100の正面図を示す。
図10の真空制御ユニット100においては、直方体形状のボディ101の上面101Aに電空レギュレータ102、エジェクタ103、圧力センサ104が、それぞれボディ101に対して直角に組付け固設されている。
図示しない圧縮流体供給源からの圧縮流体は、ボディ101の入力ポート101aを介して電空レギュレータ102に供給される。また、エジェクタ103の排気ポート103aから圧縮流体が排出されるようになっている。
特開2010−236433号公報
しかしながら、従来技術の真空制御ユニットには、以下の問題があった。
すなわち、本来、真空制御ユニットは、吐出ノズルの1つのノズルヘッドに対して1つ設けられていることが望ましい。その理由は、吐出ノズルから吐出される液の量を正確に調整するためである。しかし、従来技術である特許文献1の真空制御ユニットでは、大きさの問題から吐出ノズル3つに対して1つの真空制御ユニットを用いるのが限界であった。そこで、真空制御ユニットの小型化が求められてきた。
また、特許文献1の真空制御ユニット100では、電空レギュレータ102、エジェクタ103がボディ101に対して直角に形成されている。そのため、電空レギュレータ102を流れる圧縮流体がエジェクタ103に流入する際には、圧縮流体が直角方向に流れを変更することになる。直角方向に流れが変更されると圧縮流体の消費効率が悪くなるため問題となる。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は圧縮流体の流れを良くした小型の真空制御ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様における真空制御ユニットは、以下の構成を有する。
(1)電空レギュレータと、エジェクタと、圧力センサを有する真空制御ユニットにおいて、前記エジェクタは、エジェクタブロックとエジェクタ部材を有すること、前記エジェクタブロックにエジェクタ挿入孔が形成され、前記エジェクタ部材が前記エジェクタ挿入孔に挿入され内蔵されていること、前記電空レギュレータは、出力ポート及び入力ポートを有すること、前記エジェクタ部材は、入力オリフィス孔と排気ポートを有すること、前記入力オリフィス孔と前記排気ポートは同軸心状に形成されていること、前記出力ポートの軸心と前記入力オリフィス孔及び前記排気ポートの同軸心が一致すること、前記エジェクタ部材は、流入口部材、流出口部材を有すること、前記流入口部材と前記流出口部材との間にエジェクタ吸引空間が形成され、前記エジェクタブロック内に前記エジェクタ吸引空間と真空容器を連通する真空流路が形成されていること、前記真空流路内に、ニードル弁又は固定オリフィス、及び前記圧力センサが形成されていること、前記エジェクタブロックが、上面、下面、一側面、他側面、前記排気ポートが形成されている排気ポート面、前記電空レギュレータと当接するレギュレータ当接面を有する直方体形状であること、前記上面と前記下面、前記一側面と前記他側面、前記排気ポート面と前記レギュレータ当接面がそれぞれ向かい合う面であること、前記エジェクタ吸引空間は、前記排気ポート面と前記レギュレータ当接面との間の断面であって、前記エジェクタブロックの中心部に形成されていること、前記真空流路は、前記エジェクタ吸引空間を囲うように形成され、前記ニードル弁又は前記固定オリフィスの中心線は、前記エジェクタ部材の軸心とねじれの位置にあること、を特徴とする。
電空レギュレータに出力ポートが形成され、エジェクタ部材に形成された入力オリフィス孔と排気ポートが同軸心状に形成され、さらに出力ポートの軸心と入力オリフィス孔及び排気ポートの同軸心が一致することにより、電空レギュレータの出力ポートから出力される圧縮流体が直線状にエジェクタの排気ポートへ出力される。そのため、圧縮流体の消費効率があがるため、低い供給圧力で効率よく真空度を得ることができる。
また、エジェクタブロックにエジェクタ挿入孔が形成されており、エジェクタ部材が挿入固定されエジェクタ部材がエジェクタブロックに内蔵されている。そのため、真空制御ユニットを小型化、軽量化することができる。
さらに、真空流路内に必要な機器であるニードル弁又は固定オリフィス、及び圧力センサがエジェクタブロック内に挿入内蔵されていることにより、真空制御ユニットを小型化、軽量化することができる。
)()に記載する真空制御ユニットにおいて、前記真空流路は、第1真空流路、第2真空流路、第3真空流路、第4真空流路、第5真空流路を有すること、前記第1真空流路は、前記一側面から前記エジェクタ吸引空間に対して垂直に形成されていること、前記第1真空流路と前記エジェクタ吸引空間が直接連通していないこと、前記第2真空流路は、前記上面から前記下面に対して垂直方向に形成され、前記第1真空流路と連通していること、前記第3真空流路は、前記一側面から前記他側面に対して垂直方向に形成されていること、前記第4真空流路は、前記上面から前記下面に対して垂直方向に形成され前記第3真空流路及び前記第5真空流路と連通していること、前記第5真空流路は前記他側面から前記エジェクタ吸引空間に対して垂直に形成されていること、前記第5真空流路は前記エジェクタ吸引空間と連通していること、を特徴とする。
それにより、エジェクタ吸引空間を中心に、第1真空流路、第2真空流路、第3真空流路、第4真空流路、第5真空流路が囲むように真空流路を形成する。それにより、エジェクタブロック内の真空流路を直交するように無駄なく形成することができる。したがって、真空制御ユニットを小型化、軽量化することができる。また、真空流路を直交する形で形成することにより、部品精度を高くし、容易に真空制御ユニットを製造することができるためコストダウンを図ることができる。さらに、真空流路を直交する形で形成することができるため、ニードル弁及び圧力センサを内蔵することができる。さらに、真空流路が直交する形で形成されているためシール性も向上させることができる。
)()に記載する真空制御ユニットにおいて、前記圧力センサ内に固定された固定オリフィスが形成されていること、前記圧力センサが前記第4真空流路内に挿入内蔵されていること、前記ニードル弁が前記第3真空流路内に挿入内蔵されていること、前記固定オリフィスと前記ニードル弁が前記第3真空流路を通じて連通していること、を特徴とする。真空流路内に必要な機器であるニードル弁及び圧力センサを挿入内蔵することができるため、真空制御ユニットを小型化、軽量化することができる。また、センサオリフィスを固定オリフィスに変更して用いることで、さらに、真空制御ユニットを小型化、軽量化することができる。
本発明によれば、圧縮流体の流れを良くした小型の真空制御ユニットを提供することができる。
本実施形態に係る真空制御ユニットの外観斜視図である。 本実施形態に係る真空制御ユニットの上面図である。 本実施形態に係る図2に示す真空制御ユニットのAA断面図である。 本実施形態に係る図2に係る真空制御ユニットのBB断面図である。 本実施形態に係る真空制御ユニットの右側面図である。 本実施形態に係る真空制御ユニットの背面図である。 本実施形態に係る真空制御ユニットの左側面図である。 本実施形態に係る真空制御ユニットの正面図である。 真空制御ユニットの圧縮流体の圧力―真空容器内の制御圧力の実験結果である。 従来技術に係る真空制御ユニットの正面図である。
以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、真空制御ユニットについて、本発明を具体化したものである。
1.本実施形態の全体構成
1−1.真空制御ユニットの構成
図1に、真空制御ユニット1の外観斜視図を示す。図2に、上面図を示す。図3に、図2に示す真空制御ユニットのAA断面図を示し、図4に、図2に係る真空制御ユニットのBB断面図を示す。図5に、真空制御ユニット1の右側面図を示す。図6に、背面図を示す。図7に、左側面図を示す。図8に、真空制御ユニットの正面図を示す。
図1及び図2に示すように、真空制御ユニット1は、電空レギュレータ50と、エジェクタ2と、圧力センサ4と、ニードル弁8と、固定板9により構成されている。
エジェクタ2は、エジェクタブロック22を有する。また、圧力センサ4と、ニードル弁8は、エジェクタブロック22に固定内蔵されている。
エジェクタ2と電空レギュレータ50は面同士が面接触しており、面接触した状態で固定板9に固定され一体として形成されている。
1−2.電空レギュレータの構成
図3に示すように、電空レギュレータ50は、電空変換器50B、及び、電磁弁50Aを1つのユニットにまとめたものである。
電磁弁50Aの下部に、電空変換器50Bが付設されている。電磁弁50Aは、供給用電磁弁と排気用電磁弁とが付設されている。電空変換器50Bには、入力ポート51と、出力ポート52、77が同軸心状に形成されている。パイロット弁55がダイヤフラム構造であり、そのパイロット弁55により隔離される第1ダイヤフラム室56と、第2ダイヤフラム室57とを備える。また、第2ダイヤフラム室57と主弁の出力ポート52、77とが連通路54により連通されている。これにより、第2ダイヤフラム室57には、制御対象である主弁の出力圧がかかるようになっている。
また、電空変換器50Bには、第1弁座61及び第2弁座62が形成されている。第1弁座61と当接または離間する第1弁体59が摺動可能に保持されている。また、第2弁座62と当接または離間する第2弁体60が摺動可能に保持されている。第1弁体59は、第1弁座61と当接する方向に第1復帰バネ63により付勢されている。また、第2弁体60は、第2弁座62と当接する方向に第2復帰バネ64により付勢されている。電磁弁50Aの供給用電磁弁は、入力ポート51が圧力ガス供給源に接続し、出力ポートが図示しない流通路により第1ダイヤフラム室56に連通している。また、電磁弁50Aの排気用電磁弁は、出力ポートが排気ダクトに接続し、入力ポートが図示しない流通路により第1ダイヤフラム室56に連通している。
電磁弁50Aの供給用電磁弁及び排気用電磁弁はパルス式電磁弁であり、それらをデューティ制御しているので、高い応答性で正確な開度を得ることができ、これら2つの電磁弁を制御することで、正確かつ高い応答性でパイロット弁55を制御することが可能である。
なお、電空レギュレータ50の構成は従来技術と変わるところがないため詳細な説明を割愛する。
1−3.エジェクタの構成
エジェクタ2は、容器内のエアを真空にするための機器である。図3に示すように、エジェクタ2は、エジェクタ部材20及びエジェクタブロック22を有する。
エジェクタ部材20について説明する。エジェクタ部材20は、流出口部材21及び流入口部材75を有する。
流出口部材21は、略円筒形状であり、図3の出口側に出口側端部21A、入口側に入口側端部21Bが形成されている。出口側端部21Aには排気ポート38が形成されている。入口側端部21Bには流入口39が形成されている。排気ポート38から流入口39にかけて流通路30が形成されている。流通路30は、流入口39から排気ポート38にかけて、導入部33、助走部34、出口部35となっている。導入部33から助走部34にかけて流通路30は流路径が狭くなっている。また助走部34から出口部35にかけて流通路30は流路径が広くなっている。入口側端部21Bの周辺部には、流入口部材75と係合する部位であるノズル部36が形成されている。ノズル部36の内側にはエジェクタ吸引空間31が形成されている。
円筒形状の流出口部材21のうちノズル部36の周辺部及び導入部33の外周流路を形成する部分は、エジェクタブロック22に挿入される挿入部21Cとなる。挿入部21Cは、円筒形状の流出口部材21のうち、エジェクタブロック22から突出している突出部21Dの径よりも径が小さく構成されている。そのため、エジェクタブロック22のエジェクタ挿入孔221に挿入した際に挿入がし易い。また、挿入部21Cの周りにOリング32を設けた際にも、挿入部21Cがエジェクタ挿入孔221に押し込まれる形になるためエア漏れが発生しにくくなる。
流入口部材75は、エジェクタ部材20の一部材である。図3に示すように、流入口部材75は略中空円錐形状をしており、入口側に入口孔75Aが形成されており、出口側に入口孔75Aよりも孔径の小さいオリフィス孔75Bが形成されている。流入口部材75と流出口部材21の間には、所定の空間であるエジェクタ吸引空間31が形成される。入口孔75Aからオリフィス孔75Bにかけては孔径が小さくなるため、入口孔75Aからオリフィス孔75Bにかけて流路は狭まる。オリフィス孔75Bと流通路30の中心軸は同軸心状に形成されている。オリフィス孔75Bは、エジェクタ吸引空間31に連通している。
図3に示すように、流出口部材21の排気ポート38、流通路30及び、流入口部材75のオリフィス孔75Bの中心軸は、同軸心状に形成されている。さらに、流出口部材21の排気ポート38、流通路30及び、流入口部材75のオリフィス孔75Bの軸心は、電空レギュレータ50の出力ポート52、77と軸心が一致する位置に形成されている。それにより、オリフィス孔75B、流通路30、排気ポート38、及び出力ポート52、77が同軸心状に位置することになるため、出力ポート52、77から排気ポート38までの流路が直線状に形成される。したがって、電空レギュレータ50の出力ポート52、77から出力される圧縮流体が直線状に流出口部材21のオリフィス孔75B、流通路30、排気ポート38へと流れ出力される。そのため、圧縮流体の消費効率があがるため、低い供給圧力で効率よく真空度を得ることができる。
エジェクタブロック22について説明する。図3乃至図8に示すように、エジェクタブロック22は、直方体形状である。エジェクタブロック22は、排気ポート面22A、一側面22B、他側面22C、上面22D、下面22E、レギュレータ当接面22Fを有する。また、上面22Dと下面22E、一側面22Bと他側面22C、排気ポート面22Aとレギュレータ当接面22Fは、それぞれ向かい合う面である。図3に示すように排気ポート面22Aからレギュレータ当接面22F方向に垂直にエジェクタ挿入孔221が形成されている。エジェクタ挿入孔221には、流出口部材21が固定内蔵され、エジェクタ挿入孔221を塞いでいる。
図4に示すように、エジェクタブロック22内には、真空容器からエジェクタ吸引空間31へと連通する真空流路220が形成されている。真空流路220は、第1真空流路222、第2真空流路223、第3真空流路224、第4真空流路225、第5真空流路226により構成されている。
一側面22Bには、真空容器と連通する第1真空流路222が形成されている。第1真空流路222は、エジェクタ吸引空間31に対して垂直に形成されている。また、第1真空流路222は、エジェクタ吸引空間31とは直接連通していない。
また、上面22Dから下面22E方向に垂直に第2真空流路223が形成され、第3真空流路224と第1真空流路222と連通している。第2真空流路223の上面22Dには止栓228が固定されている。
第3真空流路224は、第1真空流路222と平行に一側面22Bから他側面22C方向へと形成され、第4真空流路225に連通している。第3真空流路224の一側面22Bには、ニードル弁8が挿入され固定内蔵されている。
第4真空流路225は、第2真空流路223と平行に上面22Dから下面22E方向に形成されている。第4真空流路225は、第5真空流路226に連通する部分まで形成されている。第4真空流路225の上面22Dには、圧力センサ4が挿入され固定内蔵されている。第4真空流路225のうち圧力センサ4が挿入される部分は、圧力センサ4が挿入できるように他の流路よりも径が大きいセンサ挿入部227を形成する。
第5真空流路226は、他側面22Cから一側面22B方向に垂直に形成され、エジェクタ吸引空間31に連通している。第5真空流路226と第1真空流路222は同軸心状に形成されている。第5真空流路226の他側面22Cには止栓229が固定されている。
以上から、第1真空流路222から流入した流体は、第2真空流路223、第3真空流路224、第4真空流路225、第5真空流路226、を通り、エジェクタ吸引空間31に流出する。それにより、真空容器から流入した流体がエジェクタ吸引空間31、流通路30を介し、排気ポート38から排出される。それにより、真空容器内を真空圧状態にすることができる。
本実施形態においては、エジェクタ吸引空間31を中心に、第1真空流路222、第2真空流路223、第3真空流路224、第4真空流路225、第5真空流路226が囲むように真空流路220を形成する。それにより、エジェクタブロック22内の真空流路220を無駄なスペースなく直交した形で形成することができる。そのため、真空制御ユニット1を小型化、軽量化することができる。また、真空流路220を直交する形で形成することにより、部品精度を高くし、容易に真空制御ユニット1を製造することができるためコストダウンを図ることができる。さらに、真空流路220を直交する形で形成することができるため、シール性を向上させることができる。
1−4.圧力センサの構成
圧力センサ4は、真空容器内の圧力を計測するための計測装置である。図4に示すように、圧力センサ4のうちセンサ挿入部227に挿入される挿入部41は雄ネジが形成されており、センサ挿入部227は雌ネジが形成されている。そのため、挿入部41を第4真空流路225のセンサ挿入部227に挿入することにより、圧力センサ4を固定内蔵することができる。圧力センサ4がエジェクタブロック22内に挿入され圧力センサ4の一部が内蔵されていることにより、真空制御ユニット1を小型化、軽量化することができる。図5及び図7に示すように、圧力センサ4は真空制御ユニット1からはみ出すことがない。
また、図4に示すように圧力センサ4の挿入部41の先端部には固定オリフィス部42が固定されている。従来は、センサオリフィスを用いていたところに固定オリフィス部42を用い、固定型のオリフィスとしたことにより、真空制御ユニット1を小型化、軽量化することができる。
なお、その他の圧力センサ4の構成は、従来技術と変わるところがないため詳細な説明を割愛する。
1−5.ニードル弁の構成
ニードル弁8は、容器内を真空にする時に吸い込むエアの流量を調整するための調整弁である。図4に示すように、ニードル弁8のニードル弁挿入部80がエジェクタブロック22内の第3真空流路224に挿入されている。エジェクタブロック22内にニードル弁8の一部が内蔵されていることにより、真空制御ユニット1を小型化、軽量化することができる。図6及び図8に示すように、ニードル弁8は内蔵されていることにより、真空制御ユニット1から大きくはみ出すことがない。
ニードル弁8内には、弁室85と連通する連通流路81及び弁孔86が形成されている。また、弁室85内には、ニードル弁体82及び弁座83が形成されており、ハンドル84を回転することにより弁座83内に形成された弁孔86の流路面積を調整することにより流れる流体の流量を調整する。
なお、その他のニードル弁8の構成は、従来技術と変わるところがないため詳細な説明を割愛する。
2.本実施形態の作用効果
図3に示す電空レギュレータ50の入力ポート51に圧縮流体が流入する。第2弁体60が第2弁座63と離間しているときに、圧縮流体が入力ポート51から出力ポート52、77へと流出する。電空レギュレータ50の作用は従来技術と変わるところがないため詳細な説明を割愛する。さらに、流入口部材75のオリフィス孔75Bから流出口部材21の流通路30、排気ポート38へと流出する。
また、同時に真空容器内から第1真空流路222へ流入した流体は、第2真空流路223、第3真空流路224、第4真空流路225、第5真空流路226を通り、エジェクタ吸引空間31に流出する。それにより、真空容器から流入した流体がエジェクタ吸引空間31、流通路30を介し、排気ポート38から排出される。そのため、真空容器内の圧力が低下し、真空容器内が真空圧状態になる。
図9に、真空制御ユニットの圧縮流体の圧力―真空容器内の制御圧力の実験結果を示す。縦軸に真空容器内の制御圧力(kPa)を示し、横軸に供給される圧縮流体の圧力(kPa)を示す。実線X1に本実施形態における真空制御ユニット1を用いた場合の実験結果を示す。破線X2に従来技術における真空制御ユニットを用いた場合の実験結果を示す。
図9に示すように、圧縮流体の圧力を80kPaとし、本実施形態のおける真空制御ユニット1を使用した場合のX11においては、真空容器内の制御圧力は約−10kPaとなる。それに対して従来技術における真空制御ユニットを使用した場合のX21においては、真空容器内の制御圧力は約−9kPaとなる。したがって、真空制御ユニット1を使用した同じ80kPaの圧縮流体を流した場合、約10パーセント程度真空容器内の制御圧力を向上させることができた。
その理由は、図3に示すように、流出口部材21の流通路30の中心軸は、電空変換器50Bの出力ポート52、77と軸心が一致する位置に形成されているためである。それにより、流通路30、出力ポート52、77が同軸心状に位置することになるため流路が直線状に形成される。したがって、電空変換器50Bの出力ポート52、77から出力される圧縮流体が直線状に流出口部材21の流通路30へと流れ出力される。そのため、圧縮流体の消費効率があがるため、低い供給圧力で効率よく真空度を得ることができる。
<変形例>
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、エジェクタブロック22に流出口部材21を内蔵し、圧力センサ4内に固定された固定オリフィス部42を形成し、固定オリフィス部42と連通するニードル弁8をエジェクタブロック22に内蔵する。さらに、圧力センサ4をエジェクタブロック22に内蔵することにより、さらに真空制御ユニット1を小型化、軽量化することができる。
また、ニードル弁8を固定オリフィスにすることでさらなる小型化、軽量化、コストダウンをすることができる。同様にセンサの固定オリフィスは必要な真空条件によっては省略することも可能である。
1 真空制御ユニット
2 エジェクタ
21 流出口部材
22 エジェクタブロック
221 エジェクタ挿入孔
38 排気ポート
75B オリフィス孔
4 圧力センサ
50 電空レギュレータ
51 入力ポート
52、77 出力ポート
8 ニードル弁

Claims (3)

  1. 電空レギュレータと、エジェクタと、圧力センサを有する真空制御ユニットにおいて、
    前記エジェクタは、エジェクタブロックとエジェクタ部材を有すること、
    前記エジェクタブロックにエジェクタ挿入孔が形成され、前記エジェクタ部材が前記エジェクタ挿入孔に挿入され内蔵されていること、
    前記電空レギュレータは、出力ポート及び入力ポートを有すること、
    前記エジェクタ部材は、入力オリフィス孔と排気ポートを有すること、前記入力オリフィス孔と前記排気ポートは同軸心状に形成されていること、
    前記出力ポートの軸心と前記入力オリフィス孔及び前記排気ポートの同軸心が一致すること、
    前記エジェクタ部材は、流入口部材、流出口部材を有すること、
    前記流入口部材と前記流出口部材との間にエジェクタ吸引空間が形成されていること、
    前記エジェクタブロック内に前記エジェクタ吸引空間と真空容器を連通する真空流路が形成され、前記真空流路内に、ニードル弁又は固定オリフィス、及び前記圧力センサが形成されていること、
    前記エジェクタブロックが、上面、下面、一側面、他側面、前記排気ポートが形成されている排気ポート面、前記電空レギュレータと当接するレギュレータ当接面を有する直方体形状であること、前記上面と前記下面、前記一側面と前記他側面、前記排気ポート面と前記レギュレータ当接面がそれぞれ向かい合う面であること、
    前記エジェクタ吸引空間は、前記排気ポート面と前記レギュレータ当接面との間の断面であって、前記エジェクタブロックの中心部に形成されていること、
    前記真空流路は、前記エジェクタ吸引空間を囲うように形成され、前記ニードル弁又は前記固定オリフィスの中心線は、前記エジェクタ部材の軸心とねじれの位置にあること、
    を特徴とする真空制御ユニット。
  2. 請求項に記載する真空制御ユニットにおいて、
    記真空流路は、第1真空流路、第2真空流路、第3真空流路、第4真空流路、第5真空流路を有すること、
    前記第1真空流路は、前記一側面から前記エジェクタ吸引空間に対して垂直に形成されていること、前記第1真空流路と前記エジェクタ吸引空間が直接連通していないこと、
    前記第2真空流路は、前記上面から前記下面に対して垂直方向に形成され、前記第1真空流路と連通していること、
    前記第3真空流路は、前記一側面から前記他側面に対して垂直方向に形成されていること、
    前記第4真空流路は、前記上面から前記下面に対して垂直方向に形成され前記第3真空流路及び前記第5真空流路と連通していること、
    前記第5真空流路は前記他側面から前記エジェクタ吸引空間に対して垂直に形成されていること、前記第5真空流路は前記エジェクタ吸引空間と連通していること、
    を特徴とする真空制御ユニット。
  3. 請求項に記載する真空制御ユニットにおいて、
    前記圧力センサ内に固定された固定オリフィスが形成されていること、
    前記圧力センサが前記第4真空流路内に挿入内蔵されていること、
    前記ニードル弁が前記第3真空流路内に挿入内蔵されていること、
    前記固定オリフィスと前記ニードル弁が前記第3真空流路を通じて連通していること、を特徴とする真空制御ユニット。
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